in ,

Астрономы получили первое изображение чёрной дыры в сердце нашей Галактики

черная дыра

Сегодня на одновременно проведённых по всему миру пресс-конференциях, одна из которых состоялась в штаб-квартире Европейской Южной обсерватории (ESO) в Германии, астрономы показали первое изображение сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики – Млечного Пути. Этот результат с ошеломляющей очевидностью доказывает, что изображённый объект действительно является чёрной дырой. Получена ценнейшая информация о процессах, происходящих в окрестности этих монстров, которые, как полагают, находятся в центрах большинства галактик. Изображение было получено международной исследовательской группой – Коллаборацией «Телескоп Горизонта Событий» (EHT), которая выполнила наблюдения объекта при помощи глобальной сети радиотелескопов.

Получено долгожданное изображение сверхмассивного объекта в самом центре нашей Галактики. Учёные уже давно наблюдают звёзды, обращающиеся вокруг какого-то невидимого, компактного и очень массивного тела в центре Млечного Пути. Есть много свидетельств того, что этот объект, известный как Стрелец A* (сокращённо Sgr A*, произносится «Стрелец А со звёздочкой») — чёрная дыра, и публикуемое сегодня изображение даёт первое прямое визуальное доказательство этого.

Хоть мы и не можем видеть чёрную дыру, так как она действительно абсолютно чёрная, её выдаёт окружающий её светящийся газ: мы наблюдаем тёмную центральную область (называемую тенью), окружённую яркой кольцеобразной структурой. Изображение сформировано световыми лучами, искривлёнными мощной гравитацией чёрной дыры, масса которой в четыре миллиона раз превышает массу нашего Солнца.

“Мы были поражены тем, насколько точно размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна»,– сказал координатор проекта EHT Джеффри Боуэр (Geoffrey Bower) из Института астрономии и астрофизики при Academia Sinica в Тайпее. «Эти пионерские наблюдения в огромной степени углубили наше понимание процессов, происходящих в самом центре нашей Галактики, позволили по-новому увидеть, как гигантские чёрные дыры взаимодействуют со своим окружением». Результаты, полученные группой EHT, публикуются сегодня в специальном выпуске журнала The Astrophysical Journal Letters.

Так как эта чёрная дыра находится от Земли на расстоянии около 27 000 световых лет, её видимые размеры на небе примерно соответствуют размерам пончика на Луне. Чтобы получить её изображение, группа создала сверхмощную антенную решётку EHT: восемь крупнейших радиообсерваторий всей планеты, объединившись, создали единый гигантский виртуальный телескоп размером с земной шар [1]. При помощи EHT в 2017 году объект Sgr A* наблюдался в течение многих ночей; данные накапливались на протяжении многих часов подряд, подобно тому, как это происходит во время длинных экспозиций с фотокамерой.

Наряду с другими инструментами сеть радиообсерваторий EHT включает в себя Атакамскую миллиметровую / субмиллиметровую антенную решётку ALMA и субмиллиметровый телескоп APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), установленные в пустыне Атакама в Чили. ESO является совладельцем этих инструментов и партнёром по их эксплуатации от имени всех своих европейских стран-участниц. Вклад в наблюдения EHT внесли и другие радиообсерватории Европы: 30-метровый телескоп IRAM в Испании, начиная с 2018 года – антенная решётка NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array) во Франции, а также суперкомпьютер, установленный в Институте радиоастрономии Макса Планка в Германии, применявшийся для суммирования данных EHT. Европа участвовала в финансировании консорциума EHT, выделяя гранты Европейского Совета по научным исследованиям и Общества Макса Планка в Германии.

“Это замечательно, что ESO много лет играет такую важную роль в раскрытии тайн чёрных дыр, в особенности Sgr A*»,– сказал Генеральный директор ESO Хавьер Барконс (Xavier Barcons). “ESO не только внесла важнейший вклад в наблюдения EHT, в составе которого работают установки ALMA и APEX, но также выполнила на других своих обсерваториях в Чили ряд прорывных наблюдений центра Галактики”. [3]

Нынешнее достижение EHT следует за получением коллаборацией в 2019 году первого в истории изображения чёрной дыры M87* в центре далёкой галактики Мессье 87.

Две чёрных дыры выглядят очень схожими, хотя чёрная дыра в нашей Галактике более, чем в тысячу раз меньше и менее массивна, чем M87* [2]. «Мы имеем дело с двумя совершенно разными типами галактик и двумя объектами очень разной массы, но, как ни странно, эти чёрные дыры выглядят удивительно похожими»,– говорит Сера Маркофф (Sera Markoff), сопредседатель Научного совета EHT, профессор теоретической астрофизики Амстердамского университета в Нидерландах. »Это говорит нам, что общая теория относительности управляет всем поведением этих объектов, а любые отличия, которые мы видим, должны обусловливаться различиями в веществе, окружающем эти чёрные дыры.”

Получить это изображение было гораздо труднее, чем изображение M87*, несмотря на то, что Sgr A* расположен гораздо ближе к нам. Научный сотрудник группы EHT Чи-куань (Си-Кей) Чань (Chi-kwan (‘CK’) Chan) из обсерватории Стюарда, факультета астрономии и Института анализа данных Аризонского университета в США, объясняет: “Газ в окрестности обеих чёрных дыр – и Sgr A*, и M87* – движется с одинаковой скоростью, почти равной скорости света. Но на то, чтобы совершить один оборот вокруг большей по размеру M87*, у газа уходит от нескольких дней до нескольких недель, а вокруг гораздо меньшей Sgr A* он обращается за несколько минут. Это объясняет, почему яркость и структура газа вокруг Sgr A* во время наблюдений на EHT менялась очень быстро — ситуация, немного похожая на попытку получить чёткое фото щенка, который носится по комнате, гоняясь за собственным хвостом.”

Исследователям пришлось разработать новые сложные алгоритмы и программы, чтобы промоделировать движения газа вокруг Sgr A*. M87* была простой и устойчивой мишенью, почти все изображения которой выглядели примерно одинаково; но с Sgr A* всё оказалось совершенно иначе. Изображение чёрной дыры Sgr A* усреднялось по многим различным индивидуальным визуализациям, полученным группой, пока наконец не удалось впервые выявить тень гигантского монстра, затаившегося в центре нашей Галактики.

Получение этого результата стало возможным благодаря усилиям более трёхсот исследователей из 80 институтов всего мира, составивших Коллаборацию EHT. Кроме разработки сложнейших инструментов, способных преодолеть трудности получения изображения Sgr A*, на протяжении пяти лет группа упорно работала, аккумулируя и анализируя данные наблюдений на суперкомпьютерах, и одновременно с этим разрабатывая не имеющую аналогов библиотеку компьютерных симуляций чёрных дыр, которые сравнивались с наблюдениями.

Учёные особенно довольны тем, что наконец получили изображения двух чёрных дыр очень разных размеров, и теперь имеют возможность сравнивать их друг с другом. Новые данные начали использоваться для тестирования теорий и моделей поведения газа в окрестностях сверхмассивных чёрных дыр. Эти процессы ещё далеки от полного понимания, но по всей видимости именно они играют ключевую роль в образовании и эволюции галактик.

“Теперь мы можем изучать различия между этими двумя сверхмассивными чёрными дырами, чтобы получить новые сведения о том, что происходит вокруг них»,– говорит участник проекта EHT Кейичи Асада (Keiichi Asada) из Института астрономии и астрофизики в Academia Sinica в Тайпее. “У нас есть изображения двух чёрных дыр — одной из самых крупных, и другой из разряда небольших сверхмассивных чёрных дыр во Вселенной. Теперь мы можем продвинуться гораздо дальше, чем когда-либо раньше, в исследовании гравитационных полей в экстремальных условиях, существующих в окрестностях этих объектов.”

Проект EHT продолжает развиваться: в ходе большой наблюдательной кампании в марте 2022 года было задействовано больше телескопов, чем когда бы то ни было. Продолжающееся расширение сети телескопов EHT и значительные технические усовершенствования позволят учёным в ближайшем будущем получить ещё более впечатляющие изображения и даже видео о чёрных дырах.

Примечания
[1] В апреле 2017 года, когда проводились наблюдения, в сеть EHT входили следующие индивидуальные телескопы: Атакамская Большая миллиметровая / субмиллиметровая антенная решётка ALMA, субмиллиметровый телескоп APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), 30-метровый телескоп IRAM, телескоп Джеймса Клерка Максвелла (JCMT), Большой миллиметровый телескоп Альфонсо Серрано (LMT), субмиллиметровая антенная решётка SMA, Аризонский субмиллиметровый телескоп SMT, Телескоп Южного полюса (SPT). С тех пор в состав антенной решётки EHT вошли ещё Гренландский телескоп GLT, Северная протяжённая миллиметровая антенная решётка NOEMA и Аризонский 12-метровый телескоп на Китт Пик.

ALMA – партнёрский проект Европейской Южной обсерватории (ESO, представляющей свои европейские страны-участницы), Национального научного фонда США (NSF) и Национальных институтов естественных наук (NINS) Японии, совместно с Национальным советом по научным исследованиям (Канада), Министерством науки и техники (MOST, Тайвань), Институтом астрономии и астрофизики Academia Sinica (ASIAA, Тайвань) и Корейским Институтом астрономии и космических исследований (KASI, Республика Корея), в кооперации с Республикой Чили. Объединённая обсерватория ALMA эксплуатируется ESO, компанией Associated Universities, Inc./Национальной радиоастрономической обсерваторией (AUI/NRAO) и Национальной астрономической обсерваторией Японии (NAOJ). APEX, коллаборация Института радиоастрономии Макса Планка (Германия), Космической обсерватории Онсала (Швеция) и ESO, эксплуатируется ESO. 30-метровый телескоп эксплуатируется IRAM (организациями-партнёрами IRAM являются MPG [Германия], CNRS [Франция] и IGN [Испания]). JCMT эксплуатируется Восточно-Азиатской обсерваторией от имени Национальной астрономической обсерватории Японии, ASIAA, KASI, Национальным астрономическим научно-исследовательским институтом Таиланда, Центром астрономической мега-науки и организациями Великобритании и Канады. LMT эксплуатируется INAOE и UMass, SMA эксплуатируется Гарвардским Смитсонианским Центром астрофизики и ASIAA, и SMT эксплуатируется Аризонским университетом. SPT эксплуатируется Чикагским университетом; специализированные инструменты EHT предоставляются Аризонским университетом.

Гренландский телескоп (GLT) эксплуатируется ASIAA и Смитсонианской астрофизической обсерваторией (SAO). GLT является частью проекта ALMA-Тайвань и частично финансируется Academia Sinica (AS) и MOST. NOEMA эксплуатируется IRAM, а 12-метровый телескоп Аризонского университета на Китт Пик эксплуатируется Аризонским университетом.

[2] Чёрные дыры – единственные известные нам объекты, у которых масса пропорциональна размеру. Чёрная дыра, в тысячу раз меньшая другой, одновременно в тысячу раз менее массивна.

[3] Основу для интерпретации нового изображения заложили предыдущие исследования Sgr A*. Яркий компактный радиоисточник в центре Млечного Пути в направлении созвездия Стрельца известен астрономам с 1970-х. Измеряя на протяжении 30 лет орбиты нескольких звёзд, очень близких к центру нашей Галактики, группы Райнхарда Генцеля (Reinhard Genzel), директора Института внеземной физики Макса Планка в Гархинге близ Мюнхена, Германия, и Андреа M. Гёз, профессора факультета физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос Анжелесе, США, пришли к выводу, что наиболее вероятным объяснением природы объекта такой массы и плотности является предположение, что это сверхмассивная чёрная дыра. В исследованиях были задействованы инструменты ESO (в том числе Очень Большой телескоп и Очень Большой телескоп-интерферометр) и обсерватории Кека. За эту работу была присуждена Нобелевская премия по физике 2020 года.

Результаты исследований представлены в шести статьях, которые сегодня публикуются в журнале Astrophysical Journal Letters.

В Коллаборацию EHT входят более 300 исследователей из Африки, Азии, Европы, Северной и Южной Америки. Цель создания коллаборации – получение наиболее подробных изображений чёрных дыр путём создания виртуального телескопа размером с Землю. Объединённые международные усилия и применение новейших технических достижений привели к объединению существующих крупнейших телескопов в решётку EHT — созданию принципиально нового инструмента, имеющего высочайшее из достигнутых в истории угловое разрешение.

Консорциум EHT состоит из 13 институтов-акционеров: Института астрономии и астрофизики Academia Sinica, Аризонского университета, Чикагского университета, Восточно-Азиатской обсерватории, Университета Гёте во Франкфурте, Института миллиметровой радиоастрономии, Большого миллиметрового телескопа, Института радиоастрономии Макса Планка, обсерватории Хэйстек MIT, Национальной астрономической обсерватории Японии, Периметр-института теоретической физики, Университета Радбода и Смитсонианской астрофизической обсерватории.

Большая Атакамская миллиметровая / субмиллиметровая антенная решетка ALMA (The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) – международный астрономический инструмент, совместный проект ESO, Национального научного фонда США NSF (U.S. National Science Foundation) и Национального института естественных наук Японии NINS (National Institutes of Natural Sciences) в кооперации с Республикой Чили. ALMA финансируется ESO (представляющей объединенные интересы своих стран-участниц), фондом NSF совместно с Национальным советом по научным исследованиям Канады NRC (National Research Council) и Национальным советом по науке Тайваня NSC (National Science Council), а также NINS в кооперации с тайваньской Academia Sinica (AS) и Корейским институтом астрономии и космических исследований KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute). Строительство и эксплуатация телескопа ALMA осуществляются ESO, представляющей интересы своих стран-участниц, Национальной радиоастрономической обсерваторией США NRAO (National Radio Astronomy Observatory), управляемой компанией Associated Universities, Inc. (AUI), представляющей Северную Америку, и Национальной астрономической обсерваторией Японии NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), представляющей Восточную Азию. Общее управление строительством, тестированием и эксплуатацией ALMA осуществляется в рамках JAO: Объединенной обсерватории ALMA (Joint ALMA Observatory).

APEX (Atacama Pathfinder Experiment) – телескоп диаметром 12 метров, работающий на миллиметровых и субмиллиметровых волнах, между инфракрасным и радиодиапазоном. ESO эксплуатирует APEX в одной из наиболее высоко расположенных обсерваторий на Земле, на высоте в 5100 метров, на плато Чахнантор в чилийской пустыне Атакама. Телескоп является коллаборацией Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR), Космической обсерватории Онсала (OSO) и ESO.

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) даёт учёным всего мира возможность раскрывать тайны Вселенной на благо всего человечества. Мы проектируем, строим и эксплуатируем наземные обсерватории мирового уровня – в них астрономы исследуют важнейшие научные проблемы и распространяют в мире интерес к астрономии – а также способствуем международному астрономическому сотрудничеству. Основанная в 1962 году как межгосударственная организация, сегодня ESO объединяет 16 стран-участниц: Австрию, Бельгию, Великобританию, Германию, Данию, Ирландию, Испанию, Италию, Нидерланды, Польшу, Португалию, Финляндию, Францию, Чешскую Республику, Швейцарию и Швецию, а также Чили, предоставившую свою территорию для размещения обсерваторий ESO, и Австралию, её стратегического партнера. Штаб-квартира ESO, а также Общественный центр и планетарий «ESO Supernova» расположены близ Мюнхена в Германии, а наши телескопы установлены в чилийской пустыне Атакама, великолепном месте с уникальными условиями для наблюдений неба. ESO располагает тремя наблюдательными пунктами: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), способный работать в формате Очень Большого телескопа-интерферометра VLTI, и два широкоугольных телескопа: VISTA, выполняющий обзоры неба в инфракрасных лучах, и обзорный телескоп оптического диапазона VLT (VLT Survey Telescope). Кроме того, на Паранале ESO на правах партнера предоставила место для установки Южной Решетки черенковских телескопов (Cherenkov Telescope Array South), крупнейшей в мире и рекордной по чувствительности гамма-обсерватории. В качестве участника международного партнёрства ESO эксплуатирует два инструмента миллиметрового и субмиллиметрового диапазона на плато Чахнантор: APEX и ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, мы строим Чрезвычайно Большой Телескоп ELT — «величайшее око человечества, устремленное в небо». Офис ESO в Сантьяго, столице Чили, координирует нашу деятельность в этой стране и наше сотрудничество с чилийскими партнёрами и обществом.

Комментарии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Loading…

0
происхождения планет

12 мая астрономы объявят о крупнейшем научном открытии

инопланетяне

Через сколько лет человечество свяжется с инопланетянами?